Классы
Предметы

Электролиз

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Электролиз

На уроке будет рассматриваться тема «Электролиз» из школьного курса химии 11 класса. В процессе занятия будут анализироваться процессы, происходящие при электролизе расплавов и растворов электролитов. Будут даны определения процесса электролиза, введено понятие о двух типах электродов.

Тема: Окислительно-восстановительные реакции

Урок: Электролиз

Понятие электролиза

Электролиз – это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает под действием электрического тока на электродах, погруженных в раствор или расплав электролита.

Существует два типа электродов.

 Анод – это электрод, на котором происходит окисление.

 Катод – это электрод, на котором происходит восстановление. К аноду стремятся анионы, так как он имеет положительный заряд. К катоду стремятся катионы, потому что он заряжен отрицательно и, согласно законам физики, разноименные заряды притягиваются. В любом электрохимическом процессе присутствуют оба электрода. Прибор, в котором осуществляется электролиз, называется электролизер. Рис. 1.

Рис. 1

Электролиз расплава

I. Процессы, происходящие при электролизе расплавов электролитов

В расплавах электролиты диссоциируют на ионы. Это термическая диссоциация электролитов. При пропускании электрического тока катионы восстанавливаются на катоде, так как принимают от него электроны. Анионы кислотного остатка и гидроксид-анионы окисляются на катоде, так как отдают ему свои электроны.

Пример №1. Электролиз расплава хлорида натрия

При термической диссоциации хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора.

Na Cl  →  Na+ +  Cl

–  на катоде выделяется натрий:

2 Na+ + 2 e → 2 Na

–  на аноде выделяется хлор:

2 Cl − 2 e → Cl2

– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)

2 Na+ + 2 Cl → 2 Na0 + Cl02

–  суммарная реакция:

2 NaCl 2 Na + Cl2

Пример №2. Электролиз расплава гидроксида калия

При  диссоциации гидроксида калия образуются ионы калия и гидроксид ионы.

КОН  →  К+ +  ОН

–  на катоде выделяется калий:

К+ + 1 e →  К

–  на аноде выделяется кислород и вода:

4ОН − 4 e → О2 + 2Н2О

–  суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 4)

+ + 4ОН → 4 К0 + О2 + 2Н2О

–  суммарная реакция:

4КОН 4 К0 + О2 + 2Н2О

Пример №3. Электролиз расплава сульфата натрия

При диссоциации расплава сульфата натрия образуются ионы натрия и сульфат-ионы.

Na2SO4  →  2Na+ + SО42

– на катоде выделяется натрий:

Na+ + 1 e →  Na

– на аноде выделяется кислород  и оксид серы (VI):

2SО42 − 4 e → 2SО32

–  суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 4)

4 Na+ + 2SО42 → 4 Na 0 + 2SО32

– суммарная реакция:

2 Na2SO44 Na 0 + 2SО32

Закономерности электролиза расплавов электролита

1. При электролизе расплавов щелочей и солей на катоде осаждается металл.

2. Анионы бескислородных кислот окисляются на аноде, давая соответствующее соединение, например, хлорид-анионы образуют хлор.

3. Анионы кислородсодержащих кислот образуют соответствующий оксид и кислород.

Электролиз раствора

II. Процессы, происходящие при электролизе растворов электролитов

При электролизе растворов электролитов, кроме интересующих нас соединений есть еще и вода, которая также может подвергаться электролизу. Поэтому, исходя из строения соединения, электролиз может протекать либо с ионами соли, либо с водой.

Процессы, происходящие на катоде

1.  Катионы активных металлов, стоящие в ряду напряжений до алюминия, не разряжаются на катоде. См. рис. 2. В этом случае происходит только восстановление воды.

Рис. 2

2О+2 e → Н2 + 2ОН

2.  Катионы металлов, расположенных в ряду напряжений от алюминия до водорода, разряжаются в той или иной степени одновременно с молекулами воды. При этом одновременно происходят следующие процессы:

Men++ne- → Me

2О+2 e → Н2 + 2ОН

3.  При наличии в растворе катионов металлов, расположенных в ряду напряжений после водорода, на катоде, прежде всего, происходит восстановление катионов этих металлов. Men++ne- →Me

Процессы, происходящие на аноде

Различают два типа анодов: инертный и активный. Инертный анод – это анод, материал которого не окисляется в процессе электролиза (Pt). Активный анод – это анод, который окисляется в процессе электролиза. Например, графит.

Электролиз с инертным анодом

В анодном процессе могут принимать участие анионы некоторых бескислородных кислот Cl- ,Br- ,I-, S2-и гидроксид-ионы ОН -( разряжаются только эти анионы), например:

2Br- - 2е- →Br2;  4ОН − 4 e → О2 +2Н2О (в щелочной среде)

Если в растворе присутствуют анионы F-,SO2-4, NO-3, PO43-, CO32- и некоторые другие, то окислению подвергается только вода:

2О - 4 e → О2 + 4Н+(в нейтральной и кислой среде)

Электролиз с активным анодом

В случае с активным анодом, число конкурирующих окислительных процессов увеличивается до трех:

- Электрохимическое окисление материала анода

- Окисление воды с выделением кислорода

- Окисление анионов растворенного соединения

Написание таких процессов рассматривается в высшей школе.

Примеры написания уравнений электролиза

Приведем примеры электролиза раствора некоторых веществ.

Пример №1. Электролиз раствора хлорида натрия

При диссоциации хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора.

Na Cl  →  Na+ +  Cl

– Катодный процесс:

2О+2 e → Н2 + 2ОН

– Анодный процесс:

2 Cl − 2 e → Cl2

– суммарное ионное уравнение реакции

2О + 2 Cl → Н2 + 2ОН+ Cl02

– суммарная реакция:

2О +2 NaCl 2NaОН + Cl2↑ + Н2

По этой реакции получается гидроксид натрия и хлор.

Пример №2. Электролиз раствора сульфата меди (II).

– на катоде выделяется медь:

Сu2+ + 2 e →  Cu0

–  на аноде выделяется кислород  

2О - 4 e → О2 + 4Н+

– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)

2Сu2+ + 2Н2О → 2 Cu0+ О2 + 4Н+

–  суммарная реакция:

2CuSO4 + 2Н2О  2Cu 02+ 2H2SO4

Пример №3. Электролиз раствора нитрата калия

При  диссоциации нитрата калия образуются ионы калия и нитрат-ионы.

КNO3 → К+ +  NО3

–  Катодный процесс:

2О+2 e → Н2 + 2ОН

–  Анодный процесс:

2О - 4 e → О2 + 4Н+

– суммарное ионное уравнение реакции (уравнение катодного процесса помножили на 2)

2О  О2 ↑+2Н2

Это один из способов получения водорода.

Электролиз находит применение во многих отраслях промышленности: химической, металлургии, для изготовления деталей требуемой формы, для электрохимического покрытия металлов.

Подведение итога урока

 На уроке была рассмотрена тема «Электролиз» из школьного курса химии 11 класса. В процессе занятия  анализировались процессы, происходящие при электролизе расплавов и растворов электролитов. Были даны определения процесса электролиза, введено понятие о двух типах электродов.

 

Список литературы

1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

2. Попель П.П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П.П. Попель, Л.С.Кривля. – К.: ИЦ «Академия», 2008. – 240 с.: ил.

3. Габриелян О.С. Химия. 11 класс. Базовый уровень.  2-е изд., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Internerurok.ru (Источник).

2. Hemi.nsu.ru (Источник).

3. Chemport.ru (Источник).

4. Химик.ру (Источник).

 

Домашнее задание

1. №№2-4 (с. 89) Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 14-е изд. – М.: Просвещение, 2012.

2. Что такое электролиз? Сравните его с гидролизом.

3. Перечислите предметы домашнего обихода и оборудования квартиры, при изготовлении которых были использованы гальваностегия и гальванопластика.